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NO PLASTIC AT SEA

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Petizione OCEAN4FUTURE

Titolo : Impariamo a ridurre le plastiche in mare

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Torniamo all’Oceanografia: che cosa c’è di vero sull’espansione termica degli oceani?

livello medio
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ARGOMENTO: OCEANOGRAFIA
PERIODO: na
AREA: na
parole chiave: oceanografia fisica, innalzamento dei mari

 

I principali fattori che possono causare un aumento del livello del mare sono l’espansione termica degli oceani, la fusione delle calotte glaciali e la variazione di salinità dovuta allo scambio di masse d’acqua tra gli oceani e le riserve d’acqua dolce del territorio.

molte aree costiere sono destinate a scomparire

Consideriamo che il livello marino assoluto dipende, anche se indirettamente, dalla deformazione della Terra causata dalle variazioni del campo gravitazionale e del volume del bacino oceanico globale. Sono argomenti complessi per cui oggi parleremo solo dell’espansione termica degli oceani, per comprendere la sua reale influenza sui livelli dei mari.

Un interessante articolo pubblicato da Oceanography and Fisheries ci da l’occasione per spiegare che cos’è l’espansione termica, un fenomeno conosciuto da tempo che causa modifiche volumetriche dei livelli del mare a seguito di cambiamenti discreti di due parametri fisici, la temperatura e/o la salinità.

come vedete i livelli del mare stanno salendo dal 1900 in linea con le teorie geologiche  

Come abbiamo spesso sottolineato, i cambiamenti del nostro pianeta dovrebbero essere esaminati sul larga scala. Variazioni negli ultimi cento anni non sono significative a fronte dei miliardi di anni del pianeta. Per valutare le oscillazioni del livello del mare sono spesso esaminati i valori dell’Olocene.

La Terra, per quanto può sembrare strano, sta ancora attraversando la fine di un’era glaciale (ovvero siamo in una fase di riscaldamento post glaciale) ed i cicli orbitali del nostro pianeta ci dicono che andiamo verso una nuova glaciazione. I geologi ritengono che i precedenti cicli di forte glaciazione (della durata di circa 100.000 anni) furono intervallati da periodi interglaciale di 9-12.000 anni che si è ridussero nel tempo a circa 10.700 anni.

Tenendo conto che l’ultimo periodo glaciale, la glaciazione Würm, terminò all’incirca tra il 16.000 e il 14.000 a.C., pur considerando una piccola glaciazione che colpì l’Europa dal XIV al XIX secolo, possiamo dire che potremmo andare incontro ad una nuova glaciazione.

Cosa comporterà sui livelli dei mari?
Nonostante l’impennata delle emissioni antropogeniche di CO2 e di CO2 atmosferica dall’inizio del XX secolo, il gruppo intergovernativo ONU sui cambiamenti climatici (IPCC) ha concluso che il livello dei mari globali è aumentato solo di una media di 1,7 mm per anno durante l’intero periodo 1901-2010, che è un tasso di meno di 7 pollici (17 cm) al secolo ed un aumento complessivo di appena 0,19 di un metro in 110 anni. Nello studio citato si nota Iche non sempre, ad aumenti della CO2 atmosferica, sono corrisposti innalzamenti dei livelli del mare. 

da articolo di Kenneth Richard pubblicato su notrickszone

Quando inizierà la nuova glaciazione?
Nessuna tendenza di breve o lungo periodo può dirci con una certa affidabilità quando avverrà …. forse fra centianai o migliaia di anni; per ora possiamo solo affermare che siamo in una fase di riscaldamento globale, qualunque sia la sua causa, con le conseguenze drammatiche che abbiamo davanti agli occhi. 

Torniamo all’espansione termica
Quando nel 1992 fu finalmente possibile ottenere valori precisi delle superfici  terrestri dalle misure altimetriche satellitari, fu possibile monitorare la ridistribuzione laterale delle masse d’acqua sopra gli oceani, sia in merito alla dislocazione laterale delle masse d’acqua sia per l’espansione termica differenziale (o piuttosto una combinazione di entrambi).

figura 1 – da studio citato

L’espansione termica è diventata mediaticamente parte del concetto di riscaldamento globale, sostenendo che il riscaldamento generale, dal 1970 al 2000, ha anche generato una componente di innalzamento del livello del mare, dovuta all’innalzamento delle temperature.

Per poter valutare la sua effettiva influenza sui livelli dei mari e quindi fare delle valutazioni scientifiche e non legate a facili effetti emotivi, bisogna prima di tutto comprendere di cosa stiamo parlando. Ancora una volta la fisica ci aiuta a comprendere questo fenomeno. L’articolo citato ci suggerisce un piccolo esperimento, tra l’altro di facile realizzazione anche a casa, che ci farà comprendere meglio l’espansione termica.

La teoria dell’espansione termica
Con il termine espansione termica si intende la tendenza della materia a cambiare forma, area e volume in risposta ad un cambiamento di temperatura.
L’applicazione dell’espansione termica ai cambiamenti del livello del mare è stata discussa da diversi autori. L’effetto valutato nel corso di un secolo è stato stimato tra i 5 cm ed i 10 cm. Questo valore è medio  per cui, nella stima dei cambiamenti futuri del livello del mare, è necessario considerare le strutture geologiche entro le quali si verificheranno. 

La colonna d’acqua degli oceani varia da 0 (zero) sulla linea di costa fino a circa 6000 metri nella piana abissale. Vedremo che la parte al largo è maggiormente suscettibile all’espansione termica. Nel volume, i maggiori cambiamenti avvengono tra i 100 e i 300 metri di profondità e si osserva un riscaldamento termico fino a 700 ma anche a 2000 metri. 

La Figura 1 mostra le relazioni tra espansione dell’acqua, temperatura e colonna d’acqua interessata. Ad esempio, un aumento di 0,55° C nei 100 metri superiori aumenterebbe il livello del mare di +9 mm mentre un aumento della temperatura di 0,4° C nei 700 m superiori genererebbe un aumento di +4,5 cm.

figura 2 – da studio citato

La Figura 2 ci mostra i cambiamenti dovuti all’espansione termica dalle profondità dall’oceano aperto fino alla linea di costa con un riscaldamento previsto di +2 ° C. La figura illustra la diminuzione dell’espansione termica verso la costa e l’assenza di qualsiasi innalzamento del livello del mare a riva.

Per meglio capire il perché di questo comportamento, si può fare questo piccolo esperimento sulla distribuzione teorica dell’espansione termica in funzione dell’aumento della temperatura e dell’altezza della colonna d’acqua riscaldata.

Prendiamo due bottiglie di uguali dimensioni (A e B) collegate da un tubicino alla base che rende i due vasi comunicanti (Figura 3a). Se riempiamo le bottiglie con un liquido, secondo il principio dei vasi comunicanti, avremo lo stesso livello nelle due bottiglie (Figura 3). La pressione dell’acqua (data da peso/superficie) è infatti la stessa sia nella bottiglia A che nella bottiglia B.

Ora se riscaldiamo la parte superiore della bottiglia B con un asciugacapelli, osserveremo che dopo il riscaldamento, il livello dell’acqua nella bottiglia B aumenterà mentre il livello dell’acqua nella bottiglia A resterà invariato (Figura 3b). 

La Figura 3 illustra l’esperimento che mostra che quando due bottiglie sono collegate alla base come vasi comunicanti e una bottiglia viene riscaldata, il livello dell’acqua aumenterà in questa bottiglia ma rimarrà invariato nell’altra.

Questo perché il riscaldamento termico implica un cambiamento nella densità volumetrica della massa d’acqua, costringendo il livello del liquido ad espandersi e aumentare di livello nella bottiglia B. Ciò non va a modificare però il peso dell’acqua nella bottiglia B.

Per cui la pressione sul fondo della bottiglia B rimarrà invariata e sarà sempre uguale alla a quella sul fondo della bottiglia A. Di conseguenza, non vi genererà uno squilibrio di pressione, l’acqua non scorrerà tra le bottiglie ed il livello dell’acqua nella bottiglia A rimarrà invariato.

Allargando le conclusioni agli oceani, ci accorgiamo che l’effetto di questo fenomeno è quindi talvolta sovrastimato e non così significativo per quanto concerne l’innalzamento dei mari.

Conclusioni
Sebben l’espansione termica sia un fattore importante è spesso sovrastimato ed è limitato allo strato superficiale ovvero la fascia tra i 100-300 metri, fino a 700-2000 m. Questo riscaldamento è sempre ciclico, mai lineare su periodi multidecadali e più lunghi.

Gli scienziati ritengono che il contributo alle variazioni del livello medio futuro del mare non supereranno i dieci centimetri entro l’anno 2100 e saranno differenziate nei diversi bacini.

Qualunque sia l’espansione termica nell’oceano aperto, il suo effetto diminuisce continuamente verso terra a seguito della diminuzione della profondità dell’acqua. Quindi  diminuendo la colonna d’acqua di espansione l’espansione diventerà uguale a zero a riva, ovvero dove non vi è alcuna colonna d’acqua da espandere (Figura 2). 


Riferimenti

Fairbridge RW (1961) Modifiche eustatiche

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